JP2008270091A - バックライト装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発光面の輝度を領域毎に制御可能なバックライト装置において、領域毎に所望の輝度を保つ。
【解決手段】バックライト装置の底面に配置されたＬＥＤ１１を複数の領域１３に分割し、各領域１３の中央付近に配置されたフォトセンサー１２により、その領域１３に対応する発光面の輝度を測定するとともに、測定した輝度に基づいてその領域１３に含まれるＬＥＤ１１の輝度を調節する。これにより、領域１３毎に所望の輝度を保つことが可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光面を複数の領域に分割し、各領域毎に輝度を調節できるバックライト装置に関する。

従来、液晶表示装置のバックライト装置には光源としてＣＣＦＬ（Cold Cathode Fluorescent Lamp：冷陰極蛍光ランプ）が用いられていた。従来のバックライト装置は、底面にＣＣＦＬを複数本配置して、バックライト装置内で光を混合して白色光を得ていた。このバックライト装置は、液晶表示装置の背面から均一に光を照射することを目的としており、常に一定の光量を照射することが求められている。

近年では、液晶を使用したテレビの普及が始まり、液晶表示装置の画質向上が求められている。液晶表示装置の動作に合わせてバックライト装置をコントロールする技術が研究され、液晶表示装置の画質向上に貢献している。例えば、特許文献１に記載の技術においては、液晶の駆動に合わせてＣＣＦＬを点滅させることで、動画ボケを抑制し、液晶表示装置の画質向上を図っている。

一方、バックライト用光源としてＬＥＤ（Light Emitting Diode：発光ダイオード）を採用するものも知られている。光源としてＬＥＤを用いることで、ＣＣＦＬでは不可能であったきめ細かい制御が可能となった。ＬＥＤをバックライト装置の底面に配置する直下方式のバックライト装置において、発光面を複数の領域に分割し、表示装置に伝送される映像信号に合わせて領域毎に輝度・色度を制御することで、輝度・色度をコントロールして、消費電力の低減や、画質の改善を図る技術が知られている（非特許文献１参照）。
特開２００４−２５２１２７号公報 T.Shirai、外４名、「RGB-LED Backlights for LCD-TVs with 0D,1D, and 2D Adaptive Dimming」、SID 06 DIGEST、SID、２００６年、p.1520-1523

しかしながら、ＬＥＤの輝度を領域毎に変化させると、領域毎に温度差が生じ、ＬＥＤの輝度の温度特性によって所望の輝度・色度が得られなくなるという問題があった。

また、発光面を複数の領域に分割して領域毎に輝度を調節する場合、隣接する領域から漏れる光が多く、所望の領域外に及ぼす影響が大きいという問題があった。領域毎に隔壁を設けて発光面を分割する方法があるが、隔壁が発光面上に暗線として現れる問題や、領域が明瞭すぎて、領域の境界近傍の輝度を滑らかにコントロールするのが難しいという問題がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、その課題とするところは、発光面を複数の領域に分割し、領域毎に輝度を制御可能なバックライト装置において、領域毎に所望の輝度を保つことにある。

第１の本発明に係るバックライト装置は、複数の領域に分割された発光面と、発光面に対して放射面を向けて配置された複数のＬＥＤと、領域毎に対応するＬＥＤをまとめて駆動する駆動回路と、領域に対応して配置されたフォトセンサーと、フォトセンサーの測定値を入力して駆動回路に出力するフィードバック回路と、を有することを特徴とする。

本発明にあっては、複数のＬＥＤを領域毎に分割して領域毎にＬＥＤをまとめて駆動することで、領域毎に輝度を制御するとともに、フォトセンサーにより各領域の輝度を検出し、検出した各領域の輝度に基づいてＬＥＤの輝度を補正することにより、領域毎に所望の輝度を保つことを可能とする。

第２の本発明に係るバックライト装置は、複数の領域に分割された発光面と、発光面に対して放射面を向けて配置された複数のＬＥＤと、領域毎に対応するＬＥＤをまとめて駆動する駆動回路と、を有し、ＬＥＤを配置した面は、反射率が２０％以下であることを特徴とする。

本発明にあっては、ＬＥＤを配置した面の反射率を２０％以下にすることにより、ＬＥＤから放射された光のうち発光面で反射した光が再度ＬＥＤを配置した面で反射することを抑制するので、他の領域へ漏れる光を減らすことが可能となる。

本発明によれば、発光面を複数の領域に分割し、領域毎に輝度を制御可能なバックライト装置において、領域毎に所望の輝度を保つことが可能となる。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。

［第１の実施の形態］
図１は、第１の実施の形態におけるバックライト装置の内部を発光面側から見た平面図である。同図に示すように、バックライト装置１は、フレーム２１内に複数のＬＥＤ１１とフォトセンサー１２とを備えた構成である。ＬＥＤ１１は、フレーム２１の底面に配置された基板２２上に均等に実装されている。４つのＬＥＤ１１で１つの領域１３を構成しており、フォトセンサー１２は、各領域１３の中央付近に配置されている。また、バックライト装置１は、領域１３毎のＬＥＤ１１をまとめて駆動し、領域１３毎に独立制御が可能な点灯回路（図示せず）を備えている。各領域１３を独立して駆動することにより、発光面（図示せず）は、領域毎に分割して輝度の制御を行うことが可能である。この具体的な点灯回路については後述する。

ＬＥＤ１１には、青色ＬＥＤと黄色発光する発光体とを使用した白色ＬＥＤを用いる。なお、ＬＥＤ１１にＲ，Ｇ，Ｂのそれぞれ単色のＬＥＤを使用してもよいし、ＵＶ−ＬＥＤに対してＲ，Ｇ，Ｂのそれぞれに発光する発光体を設けたものを使用してもよい。

なお、本実施の形態においては、４つのＬＥＤ１１で１つの領域１３を構成し、底面を９つの領域１３に分割しているが、これに限るものではなく、領域毎のＬＥＤの数、ＬＥＤの配置、領域の形状および数は、バックライト装置の大きさなどにより任意に変更することができる。

図２は、図１に示したバックライト装置１の構成を示す断面図である。バックライト装置１は、フレーム２１内部の底面に基板２２を配置し、基板２２上にＬＥＤ１１、フォトセンサー１２が実装されている。バックライト装置１の発光面であるフレーム２１の上面には、拡散板２３と、レンズシート２４、拡散シート２５などの光学シートを備え、ＬＥＤ１１が放射する光を散乱させて発光面の輝度を均一化する。

ＬＥＤ１１は、発光面に対して光の放射面を向けて配置され、ＬＥＤ１１の光軸は発光面の法線方向とほぼ同じである。本実施の形態では、ＬＥＤ１１の指向角（２θ_1/2）が６０°のものを使用している。ＬＥＤ１１の指向角は、一般的な１００°〜１２０°でもよい。領域１３毎に輝度を制御するうえでは、指向角が４５°〜９０°であることが望ましい。なお、指向角が４５°の場合は、発光面の輝度ムラを抑制するためにバックライト装置１の厚さを厚くする必要がある。

フォトセンサー１２は、ＬＥＤ１１と同一の基板２２に配置され、フォトセンサー１２の受光面は、ＬＥＤ１１の発光方向と同様に、バックライト装置１の発光面を向いている。フォトセンサー１２は、そのフォトセンサー１２が属する領域１３の発光面の明るさ、あるいは、ＬＥＤ１１が放射した光が拡散板２３で反射した光を検出する。また、フォトセンサー１２の受光面に集光部材を取り付け、隣接する領域１３からの光が入射することを抑制してもよい。

基板２２には、例えば、アルミ基板を使用する。ＬＥＤ１１を実装する表面を黒色レジストとして、反射率が２０％以下と低くなっている。

次に、ＬＥＤ１１の輝度を制御する点灯回路について説明する。図３は、領域１３毎に輝度を制御するとともに、フォトセンサー１２の測定結果に基づいて、領域１３毎にＬＥＤ１１の輝度を補正する点灯回路の構成を示すブロック図である。同図に示す点灯回路は、映像変調回路３１、フィードバック回路３２および定電流ドライバー３３を有する。

映像変調回路３１は、表示装置に伝送される映像信号を入力して、表示装置の画像イメージに合わせた明るさになるように各領域１３の輝度を調節するＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号を生成する。各領域１３の輝度は、ＰＷＭ信号のＯＮ期間・ＯＦＦ期間の比率によって決定される。また、映像変調回路３１は、フォトセンサー１２が輝度を検出するタイミングを設定するクロック信号を生成している。

フィードバック回路３２には、フォトセンサー１２が接続されており、映像変調回路３１からクロック信号を入力し、クロック信号に従ってフォトセンサー１２の測定結果を取り込む。検出した輝度を輝度信号として定電流ドライバー３３に出力する。

定電流ドライバー３３には、同一の領域１３に配置されたＬＥＤ１１が直列に接続されており、映像変調回路３１から入力されたＰＷＭ信号に従って各ＬＥＤ１１を定電流で駆動する。また、フィードバック回路３２から入力された輝度信号に基づいて、所望の明るさが得られるようにピーク電流値を制御する。

図４は、領域毎に輝度が調節されたバックライト装置の発光面の様子を示す平面図である。同図に示す発光面は、上側の３つの領域の輝度を明るく、中央部の３つの領域の輝度をやや暗く、下側の３つの領域の輝度を暗く設定したものである。

図５は、図４に示したように各領域を制御するときの各信号の様子を示すタイミングチャートである。図５には、映像変調回路３１で生成されるクロック信号と、上側、中央部、下側の各領域を制御するＰＷＭ信号が示されている。ＰＷＭ信号は領域毎に生成されるが、ここでは、同じ輝度で制御される領域を上側、中央部、下側として３つのＰＷＭ信号を示した。

上側の３つの領域では、輝度を明るくするためにＰＷＭ信号のＯＮ期間を長くし、下側の３つの領域では、輝度を暗くするためにＰＷＭ信号のＯＮ期間を短くしている。ＰＷＭ信号の周波数は６０〜３００Ｈｚを使用する。定電流ドライバー３３は、このＰＷＭ信号に基づいてＬＥＤ１１を駆動する。また、フォトセンサー１２が輝度を測定するタイミングを決めるクロック信号は、ＰＷＭ信号のＯＮ期間のスタートタイミングに同期させている。これにより、ＬＥＤ１１が発光している状態で輝度を測定することが可能である。

定電流ドライバー３３は、フィードバック回路３２から入力された輝度信号を参照して、温度変化などにより生じたＬＥＤ１１の輝度の変化を補正するためにピーク電流値を制御する。ＬＥＤ１１は、輝度に関して温度特性を有しているため、領域毎に輝度を変化させると、領域毎に温度が変化するので、例えば、図４に示したように、上側の３つの領域を同じ明るさで発光させようとした場合でも、領域毎の温度の違いにより領域毎に輝度のバラツキが出てしまうことがある。本バックライト装置１では、領域毎のＯＮ期間の輝度をフォトセンサー１２で検出し、例えば、検出した輝度が所望の値よりも低い場合には、ＯＮ期間のピーク電流値を増加させることで、各領域の輝度をそれぞれ所望の値に保つことを可能としている。なお、ＬＥＤ１１の輝度は、ＰＷＭ信号のＯＮ期間・ＯＦＦ期間の比率を変更することで補正してもよい。

したがって、本実施の形態によれば、バックライト装置の底面に配置されたＬＥＤ１１を複数の領域１３に分割し、各領域１３の中央付近に配置されたフォトセンサー１２により、その領域１３に対応する発光面の輝度を測定するとともに、測定した輝度に基づいてその領域１３に含まれるＬＥＤ１１の輝度を調節することにより、領域１３毎に所望の輝度を保つことが可能となる。

［第２の実施の形態］
図６は、第２の実施の形態におけるバックライト装置の構成を示す断面図である。同図に示すバックライト装置６は、フレーム２１内部の底面に基板２２を配置し、基板２２上の全面には、ＬＥＤ１１が縦・横ともに均等になるように配置されている。バックライト装置６の発光面であるフレーム２１の上面には、拡散板２３と、レンズシート２４、拡散シート２５などの光学シートを備え、ＬＥＤ１１が放射する光を散乱させて発光面の輝度を均一化する。また、基板２２上に配置されたＬＥＤ１１を６つづつまとめて駆動する点灯回路（図示せず）を備え、発光面を９つの領域に分割し、領域毎に輝度を制御することができる。点灯回路は、例えば、輝度を制御する信号をＰＷＭ信号として入力し、領域毎にＬＥＤ１１の輝度を制御することで、発光面を領域毎に所望の輝度で照射する。

基板２２には、例えば、アルミ基板を使用する。ＬＥＤ１１を実装する表面を黒色レジストとして、反射率が低くなっている。これにより、拡散板２３で反射した光が基板２２で再度反射することを抑制するので、隣接する領域へ漏れる光を減らすことが可能となる。また、黒色レジストの代わりに黒色のシートを基板２２の表面に貼り付けて、反射率を低くしても良い。

ＬＥＤ１１は、第１の実施の形態と同様に、白色ＬＥＤで指向角が６０°のものを使用している。なお、ＬＥＤ１１は、Ｒ，Ｇ，Ｂそれぞれ単色ＬＥＤを使用してもよい。また、指向角は、一般的な１００°〜１２０°でもよいが、領域毎に輝度を制御するうえでは、指向角が４５°〜９０°であることが望ましい。

次に、実施例の基板２２の反射率を低くしたときの効果について、シミュレーション結果を参照して説明する。図７は、基板２２の表面の反射率を５％に設定したときの発光面の輝度分布をシミュレーションした結果を示している。図８は、基板２２の表面の反射率を９０％に設定したときの発光面の輝度分布をシミュレーションした結果を示している。図７、図８ともに発光面を縦・横３つに分割したうちの中央の領域を点灯させたときの発光面の様子を示している。

図７と図８とを比較すると、基板２２の表面の反射率の高い図８においては、ＬＥＤ１１が発光していない領域まで発光しているのに対し、基板２２の表面の反射率の低い図７においては、ＬＥＤ１１が発光している中央の領域では図８と同等の輝度分布であるが、ＬＥＤ１１が発光していない領域における輝度を低減できていることが確認できる。基板２２の表面の反射率を低くすることにより、拡散板２３においてバックライト装置１内部に反射した光が吸収されるので、基板２２の表面においてさらに反射して他の領域の発光面へ照射される光が減少し、領域外での発光量を抑えることができる。なお、基板２２の表面の反射率が２０％以下であれば、他の領域の発光面に照射される光を抑え、領域毎に点灯区分することができる。

したがって、本実施の形態によれば、ＬＥＤ１１を実装する基板２２の表面の反射率を２０％以下にすることにより、各領域１３毎に輝度を調節するときに、他の領域１３へ漏れる光量を低減することが可能となる。

第１の実施の形態におけるバックライト装置の内部の構成を示す平面図である。 図１のバックライト装置の構成を示す断面図である。 図１のバックライト装置のＬＥＤを点灯する回路の構成を示すブロック図である。 図１のバックライト装置の発光面の様子を示す図である。 図４の発光面に設定するときのＰＷＭ信号の様子を示すタイミングチャートである。 第２の実施の形態における別のバックライト装置の構成を示す断面図である。 実施例による発光面の輝度分布をシミュレーションした結果を示す図である。 比較例による発光面の輝度分布をシミュレーションした結果を示す図である。

符号の説明

１…バックライト装置
１１…ＬＥＤ
１２…フォトセンサー
１３…領域
２１…フレーム
２２…基板
２３…拡散板
２４…レンズシート
２５…拡散シート
３１…映像変調回路
３２…フィードバック回路
３３…定電流ドライバー

Claims (3)

1. 複数の領域に分割された発光面と、
   前記発光面に対して放射面を向けて配置された複数のＬＥＤと、
   前記領域毎に対応する前記ＬＥＤをまとめて駆動する駆動回路と、
   前記領域に対応して配置されたフォトセンサーと、
   前記フォトセンサーの測定値を入力して前記駆動回路に出力するフィードバック回路と、
   を有することを特徴とするバックライト装置。
2. 複数の領域に分割された発光面と、
   前記発光面に対して放射面を向けて配置された複数のＬＥＤと、
   前記領域毎に対応する前記ＬＥＤをまとめて駆動する駆動回路と、を有し、
   前記ＬＥＤを配置した面は、反射率が２０％以下であることを特徴とするバックライト装置。
3. 前記ＬＥＤを配置した面は、反射率が２０％以下であることを特徴とする請求項１記載のバックライト装置。